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Investiga TEC 3SETIEMBRE 2021 - 3Investiga TEC
Jason Pérez Chaves*
jasperez@itcr.ac.cr
B iotecnología vegetal: mejoramiento 
de cultivos ante el 
cambio climático
Resumen
Las condiciones de cambio climático de los 
últimos años se han agravado, previéndose que 
las alteraciones serán cada vez más frecuentes 
y drásticas. Para la humanidad, una de las 
principales afectaciones está relacionada con 
la seguridad alimentaria. Para hacer frente a 
esta problemática se deberán generar nuevas 
plantas mejor adaptadas y más productivas. 
La biotecnología ofrece varias herramientas 
que pueden favorecer al mejoramiento 
genético de cultivos y así poder sobrellevar 
los desafíos que se esperan en el futuro 
cercano. Una de ellas es el cultivo de tejidos 
que facilita los procesos de selección masiva 
de individuos requeridos, permitiendo su 
estudio en condiciones controladas en el 
laboratorio y requiriendo menor espacio 
para llevar a cabo esta labor. En combinación 
con estrategias como la inducción de 
mutaciones, en el TEC existe la posibilidad 
de desarrollar nuevas variedades de plantas 
de interés para los agricultores que permiten 
apoyar a este importante sector del país.
Palabras clave: 
Cultivo in vitro de plantas, mutaciones, 
cultivos resistentes, selección de 
variedades, irradiador gamma-cell.
Selección de plantas
La domesticación de plantas y la 
agricultura transformaron a la humanidad 
y permitieron la vida sedentaria, una mejor 
nutrición y el desarrollo de la sociedad, 
las artes y la cultura. Este proceso, que 
inició entre 10 000 y 12 000 años atrás, 
ha pasado por diversas etapas de progreso 
que han permitido, entre otras situaciones, 
el crecimiento de la población mundial. 
Uno de los hitos de mayor importancia en 
el desarrollo de la agricultura corresponde 
a la selección de plantas con características 
de interés (Figura 1). Esta estrategia 
se mantiene vigente y se combina con 
herramientas modernas que facilitan y 
aceleran los programas de mejoramiento.
Los procesos de mejora convencional de 
cultivos se han basado en el cruce y selección 
de individuos con características de interés 
para combinarlas en la descendencia. Estos 
métodos de mejora pueden tardar hasta 
10 años en especies hortícolas o herbáceas, 
mientras que en especies forestales o 
leñosas de crecimiento lento conseguir una 
nueva variedad requiere una inversión en 
tiempo, recursos y labor todavía mayor. 
El mejoramiento genético convencional 
implica la anticipación de las condiciones 
y preferencias de mercado en un plazo 
relativamente largo; asimismo, requiere 
trabajar con altos números de individuos 
ya que se busca obtener un espécimen 
que presente las características deseables.
Para conseguir el mejor individuo de 
acuerdo con los requerimientos se tiene 
una probabilidad sumamente baja, por lo 
que es vital trabajar con muchas plantas a 
lo largo del tiempo para lograr el objetivo. 
Se debe evaluar y dar mantenimiento 
a todas estas plantas y eso aumenta los 
costos del trabajo. Por otra parte, deben 
considerarse los efectos del cambio 
climático que alteran las condiciones 
ambientales a un ritmo mayor, por lo 
que actualmente no solo se necesitan 
plantas más productivas y resistentes a 
enfermedades sino resistentes a sequía, 
suelos salinos, temperaturas extremas y 
exceso de humedad, sumado a que los ciclos 
de los cultivos podrían alterarse así como 
los ciclos de las plagas y enfermedades.
Los retos del cambio climático no son 
relacionados solamente con los cambios 
en las condiciones, sino que esos cambios 
serán más drásticos y con menor margen 
de respuesta cada vez. Adicionalmente, se 
proyecta que para el año 2100, la población 
mundial llegará a 11 000 millones de 
personas. Para sobrellevar estas difíciles 
situaciones, la humanidad debe aumentar 
la sofisticación en la producción de cultivos 
agrícolas para aumentar los rendimientos 
con los recursos que ya contamos.
Biotecnología vegetal: cultivo in vitro de 
plantas
Entonces se hace imperioso abordar desde 
distintos puntos de vista la solución a esta 
problemática. Deben integrarse esfuerzos 
desde muchos sectores, ya que el cambio 
climático y sus efectos en los cultivos 
Figura 1. Esquema representativo de la selección de genotipos de plantas de rendimiento superior a través 
de las generaciones. Created with BioRender.com.
Investigación
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Investigación
agrícolas se relacionan con la mayoría de los 
objetivos globales de desarrollo sostenible. 
Uno de los frentes desde los que se pueden 
apoyar los esfuerzos en mejoramiento 
genético es la biotecnología vegetal. Varias 
herramientas, como el cultivo in vitro de 
tejidos, permiten la propagación masiva 
de individuos de interés, el trabajo con un 
gran número de individuos en un espacio 
reducido y en condiciones controladas, así 
como la posibilidad de añadir en el medio 
de cultivo los agentes de selección. Por 
ejemplo, si se requiere una planta resistente 
a suelos salinos es posible añadir altas 
concentraciones de sal en el medio y así 
eliminar los individuos susceptibles y los 
resistentes sí sobrevivirán a esa condición 
(Figura 2). Mediante esta estrategia de 
selección, añadiendo al medio de cultivo el 
factor de interés, es posible también obtener 
plantas de cualquier cultivo resistentes 
a sequía, herbicidas y enfermedades 
de las plantas, entre muchos otros. 
Otras biotecnologías de gran importancia 
en el mejoramiento son la conservación a 
mediano y largo plazo por crioconservación, 
que consiste en el almacenamiento en 
condiciones de ultrabajas temperaturas de 
distintos tejidos vegetales como semillas, 
ápices, yemas, células y otros, generalmente 
utilizando nitrógeno líquido (-196 C). En 
estas temperaturas, es posible la conservación 
y el aseguramiento de las variedades de 
plantas que servirán en el futuro para otros 
programas de mejoramiento genético, 
para los nuevos retos que vendrán con el 
cambio climático. Para esto, esos bancos de 
germoplasma son vitales porque constituyen 
la materia prima para la obtención de nuevas 
variedades. De esta manera, los procesos 
de mejoramiento deben siempre estar 
acompañados de programas de conservación 
de germoplasma, cerrando el ciclo de uso 
y conservación de recursos fitogenéticos. 
Mutaciones
Mediante la biotecnología vegetal también 
se pueden desarrollar variantes de interés, 
nuevas variedades agrícolas mediante 
inducción de mutaciones por métodos 
químicos (usando reactivos químicos 
mutagénicos) o mediante métodos físicos 
(usando irradiación de diversa índole como 
luz ultravioleta, rayos X o rayos gamma). 
Para producir mutantes, los tejidos vegetales 
son expuestos a alguno de los agentes 
Figura 2. Producción de mutantes resistentes a salinidad mediante su selección in vitro. Created with 
BioRender.com.
mutagénicos en condiciones de alta seguridad 
en el laboratorio y esto causa cambios en el 
ADN que permiten generar plantas nuevas 
con mejores características, como mayor 
productividad o mejor adaptación. Una 
vez en el campo, estas plantas son tan 
seguras como cualquier otro cultivo y de 
ninguna manera es posible que existan 
trazas o residuos del agente mutagénico por 
la naturaleza y seguridad de la metodología.
Una de las principales ventajas de producir 
mutantes como estrategia de mejoramiento 
genético es que acortan los ciclos de los 
programas de forma significativa, pudiendo 
pasar de 10 años que podría tardarse en 
desarrollar una nueva variedad por mejora 
convencional, a cuatro años o menos 
mediante la inducción de mutaciones. Otra 
de las ventajas de las variedades mutantes 
es que son ampliamente aceptadas por la 
sociedad costarricense y mundial y en la 
consecución de un objetivo en particular 
pueden producirse otros mutantes de 
interés aunque no se estuvieran buscando.
CIB/TEC
En el Centro de Investigación en 
Biotecnología del TEC (CIB) desde el 2014 
se han desarrollado proyectos para producir 
mutantes dearroz por medio de rayos 
gamma. En una etapa inicial se obtuvieron 
mutantes de este importante cultivo para 
Figura 3. Equipo de irradiación gamma-cell del 
Laboratorio de Irradiación Gamma del Tec-
nológico de Costa Rica.
Costa Rica y el mundo en colaboración 
con investigadores de la Escuela de 
Ciencias Agrarias de la Universidad 
Nacional y de la Escuela de Biología de 
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Investigación
la Universidad de Costa Rica; el objetivo 
fue obtener variantes resistentes a sequía 
y a suelos salinos, dos de los principales 
problemas de cambio climático que serán 
más frecuentes en los próximos años. 
Actualmente algunas de esas plantas variantes 
se encuentran en estudios finales para que 
cuando sean requeridos ya estén listos y que 
esos efectos del cambio climático no sean 
un problema para la producción de arroz y, 
por ende, contar con seguridad alimentaria 
en el país. Hasta la fecha se han registrado 
más de 3365 variedades de mutantes de 
cultivos en el mundo, según la base de datos 
conjunta FAO/IAEA (Abdelnour-Esquivel 
et al. 2020). En Costa Rica se han registrado 
dos variedades de arroz, una de rabiza y 
una de frijol, que fue la primera en ser 
registrada en 1975 (FAO/IAEA 2021). De 
manera que no es una tecnología ajena a 
nuestro país y todas las variedades mutantes 
son muy bien vistas por los costarricenses. 
Por la experiencia generada en el CIB y en la 
Escuela de Física del TEC, grupos organizados 
de productores arroceros y cañeros se han 
acercado a los investigadores para solicitar 
nuevos mutantes, principalmente por las 
capacidades técnicas e instalaciones con que 
cuenta el TEC, como el irradiador gamma 
(Figura 3) y el laboratorio de cultivo de 
tejidos equipado para el desarrollo de las 
investigaciones requeridas (Figura 4). Se 
proyecta que productores de muchos otros 
cultivos se continuarán interesando en este 
tipo de desarrollos, por la posibilidad de 
aplicar estas experiencias y aprovechar los 
equipamientos del TEC en prácticamente 
cualquier otra especie vegetal. Así, el impacto 
de la inversión pública llega a los sectores 
que más lo necesitan, especialmente en 
iniciativas que impactan directamente en la 
consecución de los Objetivos de Desarrollo 
Sostenible y a reducir las consecuencias 
del cambio climático y crecimiento 
poblacional en la producción agrícola.
Referencias
Abdelnour-Esquivel, A., Perez, J., Rojas, M., 
Vargas, W., & Gatica-Arias, A. (2020). Use 
of gamma radiation to induce mutations 
in rice (Oryza sativa L.) and the selec-
tion of lines with tolerance to salinity and 
drought. In Vitro Cellular & Developmen-
tal Biology - Plant, 56(1), 88-97. https://
doi.org/10.1007/s11627-019-10015-5
FAO/IAEA. (2021). Mutant Varie-
ty Database. Recuperado 4 de octu-
bre de 2021, de https://mvd.iaea.org
Figura 4. Cuarto de crecimiento de vitroplantas del Centro de Investigación en Biotecnología (CIB) del 
TEC.
*Jason Pérez Chaves es ingeniero 
en Biotecnología y máster 
en Ciencias Forestales con 
experiencia en cultivo de tejidos 
vegetales, mejoramiento genético 
por inducción de mutaciones y 
fisiología de la crioconservación de 
plantas. Es profesor de la carrera 
de Ingeniería en Biotecnología, 
Escuela de Biología del TEC.